Konsolidacja i ochrona powierzchni granitu przy użyciu modyfikowanych oligomerów polisiloksanowych do renowacji dziedzictwa kulturowego

Dlaczego warto ratować zabytki kamienne

Na całym świecie świątynie, rzeźby w skałach i kamienne posągi przekazują opowieści dawnych cywilizacji. W chińskiej prowincji Fujian wiele z tych skarbów jest wykonanych z granitu — skały powszechnie uważanej za twardą i trwałą. Mimo to kwaśne deszcze, wilgoć i zanieczyszczenia powoli niszczą ich powierzchnie, powodując łuszczenie się, blaknięcie i utratę detali. Niniejsze badanie analizuje nowe zabiegi ochronne zaprojektowane tak, aby wzmacniać osłabiony granit od wewnątrz, jednocześnie delikatnie osłaniając jego powierzchnię, z celem zachowania tych obiektów kulturowych w czytelnym i stabilnym stanie dla przyszłych pokoleń.

W jaki sposób atakowane są zabytki z granitu

Granity w Fujian narażone są na surowe warunki: wysoką wilgotność, obfite opady i częste osady kwaśne. Z czasem deszcz i zanieczyszczenia unoszone w powietrzu wnikają w drobne pory i spękania. Reakcje chemiczne rozpuszczają minerały, podczas gdy naprężenia fizyczne związane z zwilżaniem, wysychaniem i cyklami zamarzania-odmarzania rozbijają ziarna skały. W rezultacie powierzchnia staje się proszkowata, wzory zacierają się, a fragmenty odpadają. Konserwatorzy potrzebują zabiegów, które dotrą głęboko do uszkodzonej sieci, skleiły luźne ziarna, zapewniły odpychanie wody i jednocześnie pozwoliły kamieniowi „oddychać”, żeby wilgoć nie została uwięziona wewnątrz.

Nowa mieszanka płynów wzmacniających kamień

Naukowcy przetestowali rodzinę materiałów zwanych modyfikowanymi oligomerami polisiloksanowymi, rozpuszczonych w łagodnym rozpuszczalniku oznaczonym D40. Polisiloksany to związki na bazie krzemu, które mogą wnikać w pory kamienia, a następnie tworzyć cienką, niemal niewidoczną sieć wiążącą ziarna mineralne i odpychającą wodę. Przygotowano cztery mieszaniny o różnym stężeniu polisiloksanu, oznaczone A (30%), B (25%), C (20%) i D (15%). Porównano je z powszechnie stosowanym produktem komercyjnym S-130. Bloki granitu z kamieniołomu we Fujian najpierw poddano sztucznemu starzeniu kwasem, aby odtworzyć warunki panujące przy autentycznych zabytkach, następnie pokryto je badanymi roztworami i oceniono przy użyciu szerokiego zestawu pomiarów — od twardości i prędkości fal ultradźwiękowych po kolor, połysk, pobieranie wody i obrazowanie mikroskopowe.

Co testy ujawniły o wytrzymałości i ochronie

Każda z mieszanin wykazała inne zalety. Roztwór A, o najwyższym udziale polisiloksanu, penetrował najgłębiej i zbudował silne wewnętrzne rusztowanie. Pomiary twardości i prędkości fal w kamieniu pokazały, że A znacząco poprawił spójność wewnętrzną, czyniąc wcześniej luźny, zestarzały granit bardziej zwarty i solidny. W mikroskopie pory i drobne pęknięcia zostały częściowo wypełnione bez tworzenia grubego, skorupowego nalotu na powierzchni, co jest istotne dla zachowania naturalnego wyglądu kamienia i umożliwienia odprowadzania pary wodnej. Roztwór D, o niższej zawartości polisiloksanu i wyższym udziale rozpuszczalnika, płynniej wnikał w drobne przestrzenie i gładko rozprowadzał się po powierzchni. Zapewnił doskonałą hydrofobowość: traktowane próbki wchłaniały znacznie mniej wody niż próbki nietraktowane, a nawet mniej niż te pokryte S-130, przy jednoczesnym zachowaniu zmian koloru na poziomie trudnym do zauważenia gołym okiem.

Odporność na surowe warunki w laboratorium

Aby w krótkim czasie odtworzyć dekady ekspozycji zewnętrznej, zespół poddał traktowane i nietraktowane kamienie intensywnym cyklom „sztucznego starzenia”. Obejmowały one promieniowanie ultrafioletowe, gorące i wilgotne warunki, kąpiele w środowisku kwaśnym i zasadowym, krystalizację soli oraz powtarzane cykle zamarzania i rozmrażania. Granit nietraktowany i produkt komercyjny wykazały pęknięcia, szorstnienie powierzchni i utratę cząstek mineralnych pod wpływem tych obciążeń. Natomiast nowe mieszaniny polisiloksanowe, szczególnie D, spisały się wyjątkowo dobrze. Powierzchnie pozostały gładsze, mozaikowy wzór minerałów był rozpoznawalny, a obrazy mikroskopowe pokazywały mniej nowych pęknięć i mniejsze ubytki minerałów. Wskaźniki twardości, prędkości fal wewnętrznych i hydrofobowości obniżyły się tylko nieznacznie w porównaniu z wartościami po zabiegu, co sugeruje, że ochronna sieć przetrwała w trudnych warunkach.

Praktyczny przepis na zachowanie granitowego dziedzictwa

Podsumowując wyniki, autorzy proponują prostą, dwuetapową strategię do zastosowań terenowych. Najpierw kilkakrotnie nanieść roztwór A, aby głęboko wzmocnić osłabiony granit, przemieniając jego luźną strukturę wewnętrzną w mocniejszy, bardziej ciągły szkielet. Po związaniu tego (utwardzeniu) nałożyć jako cienką powłokę roztwór D, tworząc trwałą, hydrofobową skórkę, która jednocześnie pozwala na dyfuzję pary wodnej i nie zmienia widocznie wyglądu kamienia. Testy laboratoryjne sugerują, że ta kombinacja może stabilizować wnętrze i chronić powierzchnię zabytków granitowych w wymagającym klimacie Fujian. Autorzy podkreślają jednak, że są to wyniki wstępne: potrzebne są długoterminowe próby na mniej istotnych obiektach, aby potwierdzić bezpieczne i przewidywalne działanie zabiegów na zewnątrz. Jeśli te testy będą pomyślne, podejście to może stać się skutecznym narzędziem w utrzymaniu czytelności, wyglądu i integralności konstrukcyjnej rzeźbionego granitu przez długie lata.

Cytowanie: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

Słowa kluczowe: konserwacja granitu, dziedzictwo kulturowe, ochrona kamienia, powłoki hydrofobowe, zabiegi polisiloksanowe